Содержание к диссертации
Введение
1. Теоретические основы и практический опыт энергетических обследований теплоснабжающих организаций 17
1.1. Нормативно-правовая база проведения энергетических обследований 17
1.2. Особенности и проблемы энергообследования теплоснабжающих организаций
1.2.1. Потенциал энергосбережения системы теплоснабжения 26
1.2.2. Оценка надежности системы теплоснабжения 28
1.2.3. Расчет радиуса эффективного теплоснабжения 29
1.2.4. Определение тепловых потерь при транспорте теплоносителя 30
1.3. Выводы по главе 1 33
2. Анализ надежности систем теплоснабжения 34
2.1. Современное состояние проблемы надежности теплоснабжения 34
2.1.1. Надежность тепловых сетей 34
2.1.2. Прогнозирование надежности тепловых сетей 38
2.1.3. Моделирование надежности тепловых сетей 39
2.2. Расчетные исследования надежности систем теплоснабжения 45
2.2.1. Определение надежности в соответствии с Приказом Министерства регионального развития РФ от 26.07.2013 №310 46
2.2.2. Определение надежности в соответствии с Постановлением Правительства РФ от 16.05.2014 №452 60
2.2.3. Определение комплексной надежности системы теплоснабжения предприятий Республики Татарстан
2.2.3.1. Разработка критериев оценки эффективности централизованного теплоснабжения 66
2.2.3.2. Применение метода SAW для сравнительного анализа надежности систем теплоснабжения предприятий Республики Татарстан 66
2.3. Расчетные исследования определения надежности тепловых сетей теплоснабжающей организации АО «Казэнерго» (г. Казань) 78
2.3.1. Определение факторов, неучтенных в существующей методике 79
2.3.2. Оценка влияния дополнительных факторов на интенсивность отказов элементов тепловой сети 81
2.3.3. Методика расчета показателей надежности теплоснабжения потребителей 90
2.3.4. Программа расчета показателей надежности тепловых сетей
2.3.4.1. Модули класса (Class Modules) 97
2.3.4.2. Стандартные модули (Modules) 100
2.3.5. Расчет показателей надежности тепловых сетей от котельной мощностью 4,8 Гкал/ч 112
2.3.5.1. Ввод исходных данных 114
2.3.5.2. Результаты расчета 114
2.4. Выводы по главе 2 129
3. Pазpаботка методики опpеделения ноpмативов тепловых потеpь 132
3.1. Современные подходы к определению тепловых потерь 132
3.1.1. Недостатки существующих методик 132
3.1.2. Обзор методов определения тепловых потерь
3.1.2.1. Определение нормативных тепловых потерь 142
3.1.2.2. Определение тепловых потерь по экспериментальным данным ... 144
3.1.2.3. Определение тепловых потерь по приборам учета 147
3.1.2.4. Определение тепловых потерь по теплотехническому расчету 148
3.2. Экспериментальная часть 152
3.2.1. Методика проведения испытаний на определение тепловых
потерь в надземных и подземных трубопроводах тепловой сети
г.Казани 152
3.2.2. Анализ материальных характеристик тепловых сетей и выбор участков для испытаний 157
3.2.3. Расчет параметров испытаний 164
3.2.4. Подготовка сети к испытаниям 164
3.2.5. Подготовка измерительной аппаратуры 165
3.2.6. Проведение тепловых испытаний на участках тепловых сетей г. Казани 166
3.2.7. Обработка результатов испытаний 167
3.2.8. Оценка и использование результатов определения тепловых потерь 173
3.2.9. Выводы по результатам тепловых испытаний 181
3.3. Математическое моделирование процесса определения нормативов технологических потерь при передаче тепловой энергии теплоносителя 183
3.4. Выводы по главе 3 201
4. Новые подходы к оценке потенциала энеpгосбеpежения теплоэнергетических систем ... 202
4.1. Теоpетические основы потенциала энеpгосбеpежения в 202
теплоэнеpгетике .
4.1.1. Анализ показателей энеpгоемкости pазличных стpан 202
4.1.2. Понятие потенциала энеpгосбеpежения 204
4.1.3. Законодательные аспекты определения потенциала энергосбережения 208
4.1.4. Особенности определения потенциала энергосбережения при энергетическом обследовании 211
4.2. Разработка методики определения потенциала энергосбережения теплоснабжающих организаций 213
4.2.1. Нормативные значения коэфициентов уравнения регрессии 216
4.3. Расчетные исследования потенциала энергосбережения теплоснабжающих организаций Республики Татарстан 218
4.4. Выводы по главе 4 226
5. Оценка эффективного радиуса систем централизованного теплоснабжения
5.1. Обзор методов определения радиуса эффективного теплоснабжения 227
5.2. Метод альтернативной котельной 236
5.3. Расчет радиуса эффективного теплоснабжения на основании сравнительного анализа себестоимости тепловой энергии в точках сброса и сравнение капитальных затрат на подключение
5.3.1. Определение радиуса эффективного теплоснабжения для 248 источников с некомбинированной выработкой (на примере г. Казани). 255
5.3.2. Определение радиуса эффективного теплоснабжения для источников с комбинированной выработкой (на примере г. Казани)
5.3. Выводы по главе 5 259
6. Результаты энергетического обследования ао «казэнерго» (г. казань) с целью повышения эффективности 261
6.1. Конструктивные особенности схемы теплоснабжения Казани 261
6.2. Оценка надежности и эффективности системы теплоснабжения АО «Казэнерго» 270
6.3. Обоснование мероприятий по переключению источников теплоснабжения на основе использования нового метода оценки эффективного радиуса теплоснабжения 276
6.4. Энеpгосбеpегающие pешения для системы водоподготовки АО «Казэнерго» 282
6.5. Оценка величины экономического эффекта 287
6.6. Выводы по главе 6 289
Заключение 290
Список литературы
- Оценка надежности системы теплоснабжения
- Определение надежности в соответствии с Приказом Министерства регионального развития РФ от 26.07.2013 №310
- Определение тепловых потерь по экспериментальным данным
- Расчет радиуса эффективного теплоснабжения на основании сравнительного анализа себестоимости тепловой энергии в точках сброса и сравнение капитальных затрат на подключение
Введение к работе
Актуальность темы диссертационной работы обусловлена тем, что повышение энергоэффективности теплоснабжающих организаций является одним из главных факторов развития отрасли теплоснабжения. Россия занимает первое место в мире по развитию теплофикации, протяженности тепловых сетей, затратам топлива в системах централизованного теплоснабжения. Однако именно в сфере теплоэнергетики сложилась неблагоприятная ситуация с инвестированием, с темпами замены выработавшего свой ресурс оборудования. Большая энер-гомкость теплоэнергетического хозяйства оказывает значительное влияние на показатели высокой энергозатратности отечественной экономики. Сфера теплоснабжения – социально значимая отрасль: платежи за тепло и горячую воду составляют большую часть в структуре оплаты коммунальных услуг.
Степень научной разработанности проблемы. За рубежом вопросам энергоэффективности и энергосбережения посвящено большое количество монографических работ и статей. Среди них следует отметить научные исследования H. Jensen, L. Podofillini, B. Sudret, B. Stojadinovic, E. Zio, W. Krger, F.C. Leite, D. CiconeJr., L.C. Ribeiro Galvo, M.E. Morales и др.
Значительный вклад в разработку теоретических и практических аспектов энергосбережения в нашей стране внесли российские ученые Н.И. Данилов, А.А. Злобин, Е.П. Кузнецов, В.Н. Курятов, А.П. Мальцев, Г.А. Романов, Е.Я. Соколов, А.А. Троицкий, Я.М. Щелоков.Концепции энергосбережения и методические аспекты их применения, в том числе и в промышленной теплоэнергетике, нашли широкое отражение в работах Г. Асланяна, В. Беренса, Г. Бирмана, Д. Вольфберга, П. Хавранека, С. Шмидта, И.А. Башмакова, В.В. Бухмирова, Ю.В. Ванькова, Е.Г. Гашо, В.С. Ежова, Д.Г. Закирова, В.Б. Зотова, В.А. Мунца, Ю.Е. Николаева, Е.Ф.Перфиловой, Д.Г. Родионова, A.C. Са-дыкова, В.Г. Семенова, В.В. Сергеева, A.B. Талонова, Э.Б. Хижа, Л.H. Черны-шова, В.И. Шарапова, Г.Р. Яруллиной и др.
Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы является научное обоснование и разработка взаимосогласованных методических подходов и методик для решения задачи комплексной оценки энергоэффективности теплоснабжающих организаций. Для достижения данной цели были определены следующие задачи:
-
Определение особенностей и проблем энергообследования теплоснабжающих организаций.
-
Создание алгоритма и программы расчета надежности системы теплоснабжения и отдельных участков тепловой сети.
3. Разработка методологии определения нормативных технологических
потерь при передаче тепловой энергии теплоносителя.
4. Проведение расчетных исследований потенциала энергосбережения те
плоснабжающих организаций на основе анализа отечественных и зарубежных
разработок.
-
Формирование методических подходов к установлению результирующего радиуса эффективного теплоснабжения с использованием показателей деятельности промышленных теплоэнергетических систем.
-
Поиск энергосберегающих решений в процессах водоподготовки теплоносителя объектов промышленной теплоэнергетики.
-
Проведение комплексной оценки предприятий тепловых сетей на основе сформированных методик определения надежности системы теплоснабжения, технологических потерь теплоносителя, потенциала энергосбережения и радиуса эффективного теплоснабжения.
Научная новизна исследования:
1. Разработана научно обоснованная комплексная система анализа дея
тельности промышленных теплоэнергетических предприятий, обеспечивающая
сбережение энергетических ресурсов и уменьшение энергетических затрат на
единицу продукции, включающая новые методики определения надежности
системы теплоснабжения, технологических потерь теплоносителя, потенциала
энергосбережения и радиуса эффективного теплоснабжения.
-
Создан алгоритм и программа расчета надежности системы теплоснабжения и отдельных участков тепловой сети, которая наряду с протяженностью, диаметром и сроком эксплуатации трубопровода (утвержденными в существующей методике) учитывает дополнительные факторы, влияющие на интенсивность отказов элементов тепловой сети: остаточная толщина металла стенок трубопровода, наличие предшествующих порывов на участке, коррозионная активность грунта, наличие затопление канала, наличие пересечения с коммуникациями. Показано влияние дополнительных факторов на надежность элементов тепловой сети на примере г. Казани.
-
Разработан метод определения нормативных технологических потерь при передаче тепловой энергии теплоносителя, приближенный к фактическому значению за счет ввода нового поправочного коэффициента, учитывающего вид тепловой изоляции (минеральная вата, базальт, пенополиуретан, тилит).
-
Предложен новый подход к понятию «потенциал энергосбережения», сформулирована методика, позволяющая производить расчет потенциала энергосбережения для предприятий, вырабатывающих тепловую энергию в режиме некомбинированной выработки.
5. Сформирована методика определения результирующего радиуса эф
фективного теплоснабжения, впервые учитывающая такие показатели деятель
ности промышленного теплоэнергетическогопредприятия, как доля себестои
мости тепловой энергии, приходящейся на выработку; удельные затраты на
электроэнергию в составе себестоимости на тепловую энергию при ее передаче;
удельные затраты на потери теплоносителя и тепловой энергии в составе себе
стоимости на тепловую энергию при ее передаче и тариф на тепловую энергию.
Теоретическая значимость работы заключается в том, что полученные результаты исследований позволили сформулировать новые методические подходы при проведении комплексной оценки теплоснабжающих организаций,
обеспечивающие сбережение энергетических ресурсов и уменьшение энергетических затрат на единицу продукции.
Практическая значимость работы.
-
Проведено энергетическое обследование АО «Казэнерго» с использованием новых методик определения надежности системы теплоснабжения, технологических потерь теплоносителя, потенциала энергосбережения и радиуса эффективного теплоснабжения.
-
Предложено введение в существующую методику определения надежности ряда факторов (остаточная толщина металла стенок трубопровода, наличие предшествующих порывов на участке, коррозионная активность грунта, наличие затопление канала, наличие пересечения с коммуникациями), оказывающих влияние на надежность работы тепловой сети. Созданный алгоритм и программа расчета надежности ранжирует участки тепловой сети, оптимизируя график ремонтных работ.
-
Определение нормативных значений технологических потерь при передаче тепловой энергии теплоносителя позволяет прогнозировать вид тепловой изоляции при прокладке трубопроводов. Сопоставление нормативных тепловых потерь с фактическими значениями обосновывает результативность проведения работ по улучшению тепловых сетей с заменой трубопроводов или их изоляции.
-
Разработана методика оценки потенциала энергосбережения с целью оценки размера возможного снижения потребления энергетических ресурсов, которая может стать объективным инструментом формирования программы энергосбережения предприятия.
-
Представлен вариант расчета радиуса эффективного теплоснабжения, который является инструментом технико-экономического обоснования перспективного источника тепловой энергии для новых потребителей. В отличие от существующих методик он включает показатели, имеющиеся в свободном доступе для проведения расчетов: доля себестоимости тепловой энергии, приходящейся на выработку; удельные затраты на электроэнергию в составе себестоимости на тепловую энергию при ее передаче; удельные затраты на потери теплоносителя и тепловой энергии в составе себестоимости на тепловую энергию при ее передаче и тариф на тепловую энергию. По результатам проведения энергетического обследования АО «Казэнерго» был проведен расчет радиусов эффективности теплоснабжения котельных г. Казани. На основании расчетов принято решение об объединении ряда котельных, а также переключения нескольких котельных на источник с комбинированной выработкой (ТЭЦ).
-
Предложена схема обработки воды коагулянтом на основе нефелинового концентрата, который может полностью заменить стадию предварительной очистки воды для тепловых сетей, с последующим снижением нагрузки на Na-катионитный фильтр.
7. Отдельные положения работы используются в учебном процессе
ФГБОУ ВО «КГЭУ» при проведении занятий по дисциплинам «Проблемы
энерго- и ресурсосбережения в теплоэнергетике, теплотехнике и теплотехноло-
гии», «Надежность установок и систем теплоснабжения», «Энергетическое обследование и паспортизация объектов энергетики», «Водоснабжение и водоот-ведение предприятий и объектов ЖКХ».
Методология и методы исследования. В процессе исследования применялись методы математического моделирования, математической статистики, экспертных оценок, регрессионного анализа, прогнозирования. Эмпирическую базу исследования составили статистические и отчетные информационные данные, материалы, характеризующие производственно-хозяйственную деятельность теплоснабжающих организаций Республики Татарстан и Ульяновской области, экспертные заключения, законодательные акты и другие нормативно-правовые документы.
На защиту выносятся:
-
Алгоритм и программа расчета надежности системы теплоснабжения и отдельных участков тепловой сети, учитывающая дополнительные факторы, влияющие на интенсивность отказов элементов тепловой сети: остаточная толщина металла стенок трубопровода, наличие предшествующих порывов на участке, коррозионная активность грунта, наличие затопление канала, наличие пересечения с коммуникациями.
-
Метод определения нормативных технологических потерь при передаче тепловой энергии теплоносителя, приближенный к фактическому значению за счет ввода нового поправочного коэффициента, учитывающего вид тепловой изоляции (минеральная вата, базальт, пенополиуретан, тилит).
3. Методика оценки и результаты расчетных исследований потенциала
энергосбережения для предприятий, вырабатывающих тепловую энергию в ре
жиме некомбинированной выработки.
-
Методика, устанавливающая параметры результирующего радиуса эффективного теплоснабжения с использованием новых критериальных показателей деятельности промышленных теплоэнергетических систем: доля себестоимости тепловой энергии, приходящейся на выработку; удельные затраты на электроэнергию в составе себестоимости на тепловую энергию при ее передаче; удельные затраты на потери теплоносителя и тепловой энергии в составе себестоимости на тепловую энергию при ее передаче и тариф на тепловую энергию.
-
Комплексная система анализа деятельности промышленных теплоэнергетических предприятий, обеспечивающая сбережение энергетических ресурсов и уменьшение энергетических затрат на единицу продукции, включающая новые методики определения надежности системы теплоснабжения, технологических потерь теплоносителя, потенциала энергосбережения и радиуса эффективного теплоснабжения.
Объект исследования – источники тепловой энергии и тепловые сети.
Предметом исследования являются методы расчета надежности систем теплоснабжения и участков тепловых сетей при проведении энергетических обследовании и разработке схем теплоснабжения муниципальных образований; количественные значения нормативных тепловых потерь и методы их расчета; оценка потенциала энергосбережения и прогноз его реализации в теплоснаб-
жающих организациях; результирующий радиус эффективного теплоснабжения для решения задач по оптимизации зон действия источников централизованного теплоснабжения; система водоподготовки теплоснабжающей организации.
Достоверность и обоснованность научных результатов и выводов
подтверждается использованием общепринятых методов экспериментальных исследований, корректным использованием математического аппарата, удовлетворительной воспроизводимостью результатов измерений, использованием аттестованной измерительной техникой, применением классических методов аналитического решения задач.
Практическая реализация результатов работы.
1. Разработанные методики оценки потенциала энергосбережения, опре
деления надежности организации, расчет нормативных потерь используются
при определении и реализации стратегии развития на долгосрочную перспекти
ву, тарифном планировании теплоснабжающей компании АО «Казэнерго»,
г. Казань (Акт о внедрении результатов диссертации).
2. Полученная методика оценки потенциала энергосбережения тепло
снабжающих организаций с целью определенияразмера возможного снижения
показателей потребления энергоресурсов одобрена Министерством промыш
ленности и торговли Республики Татарстан, Министерством энергетики и ЖКХ
Ульяновской области (Акты об использовании результатов диссертации).
3. Предложенная методика расчета радиуса эффективного теплоснабже
ния использовалась при работе над актуализациейсхемы теплоснабжения Каза
ни (Акт об использовании результатов диссертации), Схемы теплоснабжения
Осиновского сельского поселения Зеленодольского муниципального образова
ния Республики Татарстан до 2035 года (Акт об использовании результатов
диссертации).
-
Разработанная методика проведения энергоаудита применялась при энергетическом обследовании АО «Казэнерго» (Акт об использовании результатов диссертации).
-
Предложение о целесообразности применения нового коагулянта на основе нефелинового концентрата подтверждено исследованиями цеха водо-подготовки АО «Казэнерго» (Акт об использовании результатов диссертации).
-
Результаты работы используются в учебном процессе ФГБОУ ВО «Казанский государственный энергетический университет» при чтении лекции по дисциплинам «Проблемы энерго- и ресурсосбережения в теплоэнергетике, теплотехнике и теплотехнологии», «Надежность установок и систем теплоснабжения», «Энергетическое обследование и паспортизация объектов энергетики», «Водоснабжение и водоотведение предприятий и объектов ЖКХ» (Акт об использовании результатов диссертации).
-
Основные результаты исследования были получены в рамках реализации следующих научно-исследовательских и хоздоговорных работ:
- госзадание №13.6994.2017/БЧ на выполнение проекта по теме «Разработка методологии определения надежности системы теплоснабжения с целью повышения энергоэффективности» Министерства образования и науки РФ;
- государственный контракт № 12/0412.0923400.244/02/248 от
18.12.2013 г. с Министерством энергетики РФ «Обучение ответственных за
энергосбережение и повышение энергетической эффективности лиц в органи
зациях и учреждениях бюджетной сферы в Приволжском федеральном округе»;
договор на разработку схемы теплоснабжения города Казани до 2029 г. (Приказ Министерства энергетики РФ от 13.03.2015 г. №130), заказчик МКУ «Комитет ЖКХ Исполнительного комитета муниципального образования г. Казани»;
договор на проведение энергетического обследования и разработку энергетического паспорта ОАО «Казэнерго» от 22.05.2015 №248, заказчик ОАО «Казэнерго»;
договор на оказание услуг по определению фактических тепловых потерь, расчету и экспертизе нормативных тепловых потерь в тепловых сетях АО «Казэнерго» № ОМ-13/17 от 05.06.2017 г.
договор на разработку схемы теплоснабжения Осиновского сельского поселения Зеленодольского муниципального района Республики Татарстан до 2035 года.
Личное участие автора заключается в постановке проблемы, а также определении целей и задач, выборе методологической и информационной базы, разработке методик оценки потенциала энергосбережения, надежности системы теплоснабжения и участков тепловых сетей, определения радиуса эффективного теплоснабжения, величины нормативных потерь; проведения экспериментальных исследований по доказательству эффективности коагулянта на основе нефелинового концентрата, проведения энергетического обследования предприятий и разработке схем теплоснабжения муниципальных образований.
Апробация работы. Результаты исследования были представлены на Межрегиональной научно-практической конференции энергетиков «Повышение энергоэффективности производителей и потребителей энергии, промышленных предприятий, ЖКХ и бюджетной сферы. Надежность энергоснабжения, новые разработки. Опыт энергосбережения регионов РФ» (Пермь, 2017), II Международной научно-технической конференции «Пром-Инжиниринг» (Челябинск, 2016), 16-й Международном симпозиуме «Энергоресурсоэффективность и энергосбережение» (Казань, 2016), Национальном конгрессе по энергетике (Казань, 2014), Международной научно-технической конференции имени Леонардо да Винчи (Берлин, 2013), Всероссийской конференции с международным участием «Современные методы обеспечения эффективности и надежности в энергетике» (Санкт-Петербург, 2012-2013), VI Международной школы-семинара «Энергосбережение – теория и практика» (Москва, 2012), Международной научно-практической конференции «Электрические аппараты и электротехнические комплексы и системы» (Ульяновск, 2012), VII Международной научной конференции «Актуальные достижения европейской науки» (Болгария, София, 2011), Международной конференции «Физико-химический анализ жидкофазных систем» (г. Саратов, 2003), Всероссийской научно-методической конференции «Реализация государственных образовательных стандартов» (г. Нижний Новгород, 2002), XIV Международной конференции по химической термодинамике (г. Санкт-Петербург, 2002), Российском национальном симпозиуме по энергетике (г. Казань, 2001) и др.
Публикации. По теме исследования опубликовано более 60 работ, отражающих основные положения исследования, в том числе 3 монографии, 28 публикации в журналах, рекомендованных ВАК Минобрнауки России и входящих в международную базу цитирования Scopus, 4 патента и свидетельства. Общий объем публикаций составляет 60 п.л.
Соответствие паспорту специальности. По тематике, методам исследования, предложенным новым научным положениям диссертационная работа соответствует паспорту специальности 05.14.04 –Промышленная теплоэнергетика, в части пункта 1 - разработка научных основ сбережения энергетических ресурсов в промышленных теплоэнергетических устройствах и использующих тепло в системах и установках, пункта 3 - теоретические и экспериментальные исследования процессов тепло- и массопереноса в тепловых системах и установках, использующих тепло. Совершенствование методов расчета тепловых сетей и установок с целью улучшения их технико-экономических характеристик, экономии энергетических ресурсов.
Оценка надежности системы теплоснабжения
Понятие и требования к энергетическому обследованию были введены Федеральным законом от 23.11.2009 № 261 «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации».
Энергетическое обследование представляет собой сбор и обработку информации об использовании энергетических ресурсов для того, чтобы получить достоверную информацию об объемах используемых энергетических ресурсов, о показателях энергетической эффективности. В энергетическом паспорте также указываются возможности энергосбережения и повышения энергетической эффективности с представлением технико-экономических расчетов.
Энергетическое обследование может проводиться в отношении зданий, строений, сооружений, энергопотребляющего оборудования, источников тепловой энергии, тепловых сетей, систем централизованного теплоснабжения, объектов электроэнергетики, централизованных систем холодного водоснабжения и (или) водоотведения, иных объектов системы коммунальной инфраструктуры, технологических процессов, а также в отношении юридических лиц, индивидуальных предпринимателей.
Основными целями энергетического обследования являются: 1) получение объективных данных об объеме используемых энергетических ресурсов; 2) определение показателей энергетической эффективности; 3) определение потенциала энергосбережения и повышения энергетической эффективности; 4) разработка перечня мероприятий по энергосбережению и повышению энергетической эффективности и проведение их стоимостной оценки. Энергетический паспорт, составленный по результатам энергетического обследования, должен содержать информацию: 1) об оснащенности приборами учета используемых энергетических ресурсов; 2) об объеме используемых энергетических ресурсов и о его изменении; 3) о показателях энергетической эффективности; 4) о величине потерь переданных энергетических ресурсов (для организаций, осуществляющих передачу таких ресурсов); 5) о потенциале энергосбережения, в том числе об оценке возможной экономии энергетических ресурсов в натуральном выражении; 6) о перечне мероприятий по энергосбережению и повышению энергетической эффективности и их стоимостной оценке.
Проведение энергетического обследования является обязательным, за исключением случая, когда совокупные затраты на потребление тепловой энергии, электрической энергии, природного газа, мазута, угля, кроме моторного топлива, не превышают объем соответствующих энергетических ресурсов в стоимостном выражении, установленный Правительством Российской Федерации.
В соответствии с Федеральным законом «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации» были разработаны:
Приказ Минэнерго РФ от 19.04.2010 № 182 «Об утверждении требований к энергетическому паспорту, составленному по результатам обязательного энергетического обследования, и энергетическому паспорту, составленному на основании проектной документации, и правил направления копии энергетического паспорта, составленного по результатам обязательного энергетического обследования»;
Приказ Минэнерго РФ № 577 от 8 декабря 2011 г. «О внесении изменений в требования к энергетическому паспорту, составленному по результатам обязательного энергетического обследования, и энергетическому паспорту, составленному на основании проектной документации, и в правила направления копии энергетического паспорта, составленного по результатам обязательного энергетического обследования, утвержденные приказом Минэнерго России от 19.04.2010 № 182»;
Приказ Минэнерго РФ от 30 июня 2014 г. № 400 «Об утверждении требований к проведению энергетического обследования и его результатам и правил направления копий энергетического паспорта, составленного по результатам обязательного энергетического обследования».
В настоящее время энергетические обследования выполняются в соответствии с Приказом № 400, который устанавливает следующие требования к ним. К основным процессам обработки и анализа сведений, полученных по результатам сбора информации об объекте энергетического обследования, относятся: 1) анализ договоров заказчика с ресурсоснабжающими организациями; 2) анализ состояния фактически используемых систем снабжения энергетическими ресурсами; 3) определение структуры и анализ динамики расхода используемых энергетических ресурсов в натуральном и стоимостном выражениях за отчетный (базовый) год и два года, предшествующих отчетному (базовому) году, по системам использования энергетических ресурсов в целом; 4) определение структуры и анализ динамики потребления по каждому виду используемых энергетических ресурсов в процентном отношении за отчетный (базовый) год и два года, предшествующих отчетному (базовому) году, по системам использования энергетических ресурсов в целом; 5) разработка балансов по каждому виду используемых энергетических ресурсов за отчетный (базовый) год и два года, предшествующих отчетному (базовому) году, по системам использования энергетических ресурсов в целом.
На основании анализа сведений, полученных по результатам сбора информации об объекте энергетического обследования, энергоаудитором определяется план проведения осмотра, который представляет собой согласованную с заказчиком программу визуального осмотра и инструментального обследования (далее – программа). К основным процессам обработки и анализа сведений, полученных по результатам сбора информации об объекте энергетического обследования, визуального осмотра и инструментального обследования данного объекта, относятся: 1) расчет фактического расхода используемых энергетических ресурсов отдельно по элементам их применения; 2) оценка эффективности использования энергетических ресурсов отдельно по элементам систем их применения; 3) расчет и оценка неучтенного потенциала используемых энергетических ресурсов в натуральном и стоимостном выражениях отдельно по элементам систем их применения; 4) определение структуры и анализ динамики расхода, потребления и потерь по каждому виду используемых энергетических ресурсов за отчетный (базовый) год и два года, предшествующих отчетному (базовому) году, отдельно по каждому элементу систем их применения; 5) составление баланса по каждому виду используемых энергетических ресурсов за отчетный (базовый) год и два года, предшествующих отчетному (базовому) году, отдельно по каждому элементу систем их применения;
Определение надежности в соответствии с Приказом Министерства регионального развития РФ от 26.07.2013 №310
В [324] для оценки надежности системы теплоснабжения используются следующие показатели, установленные в соответствии с пунктом 123 Правил организации теплоснабжения в Российской Федерации, утвержденным постановлением Правительства Российской Федерации от 8 августа 2012 г. № 808: - показатель надежности электроснабжения источников тепловой энергии; - показатель надежности водоснабжения источников тепловой энергии; - показатель надежности топливоснабжения источников тепловой энергии; - показатель соответствия тепловой мощности источников тепловой энергии и пропускной способности тепловых сетей расчетным тепловым нагрузкам потребителей; - показатель уровня резервирования источников тепловой энергии и элементов тепловой сети путем их кольцевания и устройств перемычек; - показатель технического состояния тепловых сетей, характеризуемый наличием ветхих, подлежащих замене трубопроводов; - показатель интенсивности отказов систем теплоснабжения; - показатель относительного аварийного недоотпуска тепла; - показатель готовности теплоснабжающих организаций к проведению аварийно-восстановительных работ в системах теплоснабжения (итоговый показатель); - показатель укомплектованности ремонтным и оперативно-ремонтным персоналом; - показатель оснащенности машинами, специальными механизмами и оборудованием; - показатель наличия основных материально-технических ресурсов; - показатель укомплектованности передвижными автономными источниками электропитания для ведения аварийно-восстановительных работ. Для расчета фактических значений тепловых потерь используются следующие данные (источники): а) схемы теплоснабжения муниципальных образований; б) годовая финансовая и бухгалтерская отчетность теплоснабжающих организаций; в) государственная статистическая отчетность Федеральной службы государственной статистики (Росстат); г) акты готовности теплоснабжающих организаций к отопительному периоду.
После определения всех составляющих показателя надежности систем теплоснабжения оценивается надежность источников тепловой энергии (высоконадежные, надежные, малонадежные и ненадежные) и надежности тепловых сетей (высоконадежные, надежные, малонадежные и ненадежные).
Общая оценка надежности системы теплоснабжения определяется исходя из оценок надежности тепловых сетей и источников тепловой энергии, причем данная величина определяется как наихудшая из оценок надежности.
Нами были проведены расчетные исследования по определению надежности системы теплоснабжения г. Казани по методике [324]. Исследования проводились на примере 129 участков тепловых сетей г. Казани. Исходными данными для расчета являлись: - источники теплоснабжения; - установленная мощность по каждому источнику, Гкал/ч; - присоединенная нагрузка по отоплению, Гкал/ч; - присоединенная нагрузка по ГВС, Гкал/ч; - средние фактические тепловые нагрузки, Гкал/ч. Исходные данные по всем рассматриваемым участкам представлены в приложении 1. Показатель надежности электроснабжения источников тепловой энергии (Кэ) характеризуется наличием или отсутствием резервного электропитания: Кэ = 1,0 - при наличии резервного электроснабжения; Кэ = 0,6 - при отсутствии резервного электроснабжения. При наличии в системе теплоснабжения нескольких источников тепловой энергии общий показатель определяется по формуле: К общ Ql Кист i + ...+ Qn Кист n Qi +...+Оп t (2.22) где К ист1 К ист n э , э - значения показателей надежности отдельных источников тепловой энергии; ъ Qфакт Q. = tч , (2.23) где , п - средние фактические тепловые нагрузки за предшествующие 12 месяцев по каждому z-му источнику тепловой энергии; ч - количество часов отопительного периода за предшествующие 12 месяцев. п - количество источников тепловой энергии.
Результаты расчетов показателей надежности электроснабжения источников тепловой энергии г. Казани представлены в приложении 2.
Показатель надежности водоснабжения источников тепловой энергии (Кв) характеризуется наличием или отсутствием резервного водоснабжения: Кв = 1,0 - при наличии резервного водоснабжения; Кв = 0,6 - при отсутствии резервного водоснабжения.
При наличии в системе теплоснабжения нескольких источников тепловой энергии общий показатель определяется по формуле: общ Ql Кист i + ...+ Qn Кивст n К = ё Qi +.-.+ Qn , (2.24) где К ист 1 TV ист n в , в - значения показателей надежности отдельных источников тепловой энергии; , п - средние фактические тепловые нагрузки за предшествующие 12 месяцев по каждому источнику тепловой энергии, определяются по формуле (2.23). Результаты рачетов показателей надежности водоснабжения источников тепловой энергии г. Казани представлены в приложении 2. Показатель надежности топливоснабжения источников тепловой энергии (Кт) характеризуется наличием или отсутствием резервного топливоснабжения: Кт = 1,0 - при наличии резервного топлива; Кт = 0,5 - при отсутствии резервного топлива.
Определение тепловых потерь по экспериментальным данным
Для расчетов показателей надежности теплоснабжения потребителей исходными данными являются: интенсивность отказов и среднее время восстановления теплопроводов и оборудования.
Фактический уровень надежности в данной системе теплоснабжения должен оцениваться на основе обработки статистических данных об отказах элементов этой системы. Для того, чтобы статистические выборки обладали необходимой однородностью, полнотой и значимостью [321], в каждой системе должен быть организован сбор исходных данных об отказах в соответствии с рекомендованной в [322] формой.
Если статистические данные по отказам не используются, расчет интенсивности отказов теплопроводов с учетом времени их эксплуатации производится по зависимости распределения Вейбулла [323] при начальной интенсивности отказов 1 км однолинейного теплопровода нач равной 5,7 10-6 1/(кмч) или 0,05 1/(кмгод) [320]. Начальная интенсивность отказов соответствует периоду нормальной эксплуатации нового теплопровода после периода приработки.
Средняя интенсивность отказов единицы запорно-регулирующей арматуры (например, задвижки) принимается равной 2,2810-7 1/ч или 0,002 1/год [320].
Для схем теплоснабжения городов и городских округов с общим количеством жителей более 100 тыс. человек расчет показателей надежности выполняется для узлов с обобщенными потребителями. Коэффициент тепловой аккумуляции зданий в этом случае принимается пользователем либо для представительных в данном узле категорий зданий, либо для здания с наихудшей теплоустойчивостью.
Для оценки надежности существующих и вновь разрабатываемых схем тепловых сетей предприятием ОАО «Газпром промгаз» разработана методика [20], которая позволяет на основании таких исходных данных, как: протяженность, диаметр и продолжительность эксплуатации участков трубопроводов системы, определять коэффициенты готовности и вероятности безотказной работы теплосети. Недостатком такого подхода является то, что при расчетах не учитывается целый ряд факторов, напрямую влияющих на надежность работы теплосети.
Задачей исследования являлось выявление и учет дополнительных факторов при определении интенсивности отказов трубопроводов тепловой сети, а так же разработка новой методики расчета показателей надежности теплоснабжения потребителей.
Поставленная цель достигается решением следующих задач: - определение дополнительных факторов, существенно влияющих на надежность теплоснабжения потребителей, но не включенных в утвержденную методику и алгоритм расчета надежности тепловых сетей; - оценка влияния дополнительных факторов на надежность работы тепловой сети на основании опытных данных, предоставленных региональными теплоснабжающими организациями; - учет влияния дополнительных факторов при разработке новой методики и алгоритма расчета показателей надежности теплоснабжения потребителей; - разработка программы расчета показателей надежности теплоснабжения потребителей на основании новой методики и алгоритма.
Было предположено, что на интенсивность отказов элементов тепловой сети, помимо их срока службы, влияют следующие факторы: остаточная толщина металла стенок трубопровода; наличие других (предшествующих) порывов на участке; коррозионная активность грунта; наличие затопления (следов затопления) канала; материал трубопровода; наличие пересечений с коммуникациями; процент выхода из строя партии трубопроводов.
Для решения вопроса о включении тех или иных факторов в новую методику и алгоритм расчета показателей надежности теплоснабжения потребителей, был осуществлен анализ [326] статистических данных о порывах на различных участках тепловой сети города Казани (приложение 10).
Информация о порывах была сгруппирована по наличию тех или иных факторов (совокупности факторов). Непосредственное влияние на интенсивность отказов элементов тепловой сети было выявлено для факторов: остаточная толщина металла стенок трубопровода (К1), наличие других (предшествующих) порывов на участке (К2), коррозионная активность грунта (К3), наличие затопления (следов затопления) канала (К4), наличие пересечений с коммуникациями (К5). Оценка влияния этих факторов на надежность теплоснабжения потребителей проведена в п. 2.2.4.2.
Такой фактор, как материал трубопровода, был исключен по причине того, что на сегодняшний день накоплена информация о порывах на участках только со стальными трубопроводами. Применение современных конструкционных материалов при строительстве тепловых сетей началось относительно недавно и потому статистическая информация о порывах на участках с полимерными трубопроводами отсутствует.
В ходе анализа данных была установлена прямая зависимость между сроком эксплуатации участка и процентом выхода из строя партии (табл. 2.6). Так как срок эксплуатации участка уже заложен в качестве основного параметра при расчете интенсивности отказов элементов теплосети, то от такого дополнительного параметра, как процент выхода из строя партии, пришлось отказаться.
Расчет радиуса эффективного теплоснабжения на основании сравнительного анализа себестоимости тепловой энергии в точках сброса и сравнение капитальных затрат на подключение
Еще один способ способ определения тепловых потерь основан на измерении температуры массива грунта [52], окружающего действующий теплопровод. Недостатком такого способа является необходимость установки датчиков температуры в грунте, что требует вскрытия тепловой трассы под землей. Способ является трудоемким и не обладает мобильностью.
Ввиду сложности экспериментальных оценок данного вида потерь в последние годы возрос интерес к теоретическим исследованиям. Определение величины тепловых потерь с помощью аналитических исследований, не заменяя экспериментальные методы исследования, позволяет мобильно и с меньшими затратами оценивать состояние большого объема теплосетей.
Влияние эксплуатационных факторов с учетом времени на изменение тепловых потерь рассматривалось в [53–65]. Увеличение тепловых потерь при увлажнении изоляции «минеральная вата» исследовалось Мунябиным Л.И. и Арефьевым H.H. [53]. По мнению авторов способ решения рассматриваемой проблемы [66] состоит в применении изоляции из пенополиуретана. Но, как показали исследования [67], применение ППУ изоляции в условиях затопления каналов водой значительно снижает уровень теплопотерь в окружающую среду, по сравнению с минераловатной изоляцией, но не исключает их [68–74]. Кроме того, в [53] сформулирована проблема недостаточной точности методики [75] определения потерь тепловой энергии в режиме функционирования теплосетей. Однако решение данной проблемы в [53] предложен лишь для увлажненной изоляции.
Увеличение потерь теплоэнергии при насыщении изоляции из пенополиуретана и минеральной ваты влагой исследовалось Кузнецовым Г.В. и Половниковым В.Ю. [57 - 62]. В [58 - 62] область решения задачи по определению тепловых потерь через влажную изоляцию ограничивалась лишь сечением теплопровода, без учета всей тепловой сети.
Анализ тепловых потерь в условиях увлажнения подземных трубопроводов с минераловатной изоляцией проведен В.В. Ивановым [54-56]. В [47, 77-78] предлагается моделирование теплообменных процессов в зоне прокладки подземных теплопроводов. Однако в [47] принимается целый ряд допущений, снижающих ценность полученных результатов. В частности, на всей протяженности теплосети для упрощения численной схемы в канале принималась постоянная температура. Предложенная в [47] громоздкая математическая модель, не нашла практического применения.
На практике помимо увлажнения нередко встречаются трубопроводы с деформированной [65], частично или полностью разрушенной изоляционной конструкцией. Дефекты изоляции в современной литературе исследован недостаточно.
Агапкиным В.М. сделана попытка получить аналитическое решение задачи тепломассопереноса в зоне прокладки нефтепровода [79]. Решение задачи Агапкин В.М. построил в форме, предложенной Петуховым Б.С. [80]. Им принималось, что наряду с известными допущениями о постоянстве физических свойств нефти (вязкость), грунта (теплопроводность), режим течения нефти ламинарный. Кроме того, он использовал одновременно две системы координат при постановке задачи: декартовую и цилиндрическую. При таком подходе строгая постановка задачи теплообмена бывает затрудненой, что очень ограничивает применение полученного решения аналитического характера. В.Л. Носовым выполнены исследования по влиянию снегозаносимости на тепловые потери в трубопроводах, проложенных надземным способом, в местностях Крайнего Севера [81-85]. Им изучалась динамика теплообмена системы «надземный теплопровод - снежный покров - атмосфера». В [81-85] представлены данные экспериментального характера исследования стационарного теплообмена трубопровода, засыпанного снежным покровом, с определением количественных значений тепловых потерь и определением обобщенной расчетной номограммы нахождения основных геометрических размеров системы.
В работах [86-90] тепловые потери определяются на основе показаний измерительных приборов. В [87] потери теплоты рассчитываются на основе показаний датчиков температуры, давления и расхода теплоносителя, установленных у потребителей. Предлагается вычислять тепловые потери при транспортировании теплоносителя по выражению [87]: Qr kFiiTcp-Тя), Вт; (3.1) где KF, - комплекс трубопровода, определенный единожды по показаниям приборов учета для каждого конечного потребителя, Вт/К; Тя - средняя температура наружного воздуха, К; ТСР =—- средняя температура теплоносителя на участке трубопровода от источника до потребителя, К; То и Тк - температуры теплоносителя на выходе с источника и на входе конкретного потребителя, соответственно, К. Основным условием выполнения расчета тепловых потерь по выражению (3.1) является наличие средств автоматизации на теплоисточнике и у конечных потребителей, которые регистрируют в трубопроводе температуру подающей сетевой воды. Для вычисления комплекса показателей трубопровода необходимо произвести замеры расхода теплоносителя, температуры и давления хотя бы один раз на входе каждого абонента. В [87] для безучетных потребителей предложен способ проведения замеров с помощью измерительного прибора портативного типа, что с учетом очень большого числа абонентов на балансе теплоснабжающих организаций представляется весьма трудозатратным.